高校酒精工藝學(xué)案例式教學(xué)的探索

趙輝+王葳+賈樹彪

摘要：酒精廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，為適應(yīng)酒精行業(yè)對應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的需求，必須建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系。本文以現(xiàn)代酒精行業(yè)的最新工藝為例，對酒精工藝學(xué)課程案例式教學(xué)進(jìn)行了初步的研究和探索。

關(guān)鍵詞：高校； 酒精工藝學(xué) ； 案例式教學(xué)

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1002-4107（2014）05-0007-02

酒精工業(yè)是我國改革開放以后有重大發(fā)展的一個產(chǎn)業(yè)，因為我國以可再生資源為原料的酒精開始進(jìn)入新能源——燃料乙醇時代，這不僅可以充分利用可再生資源，還很好地解決了汽車尾氣的環(huán)保問題。酒精工藝學(xué)是生物工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，其工藝有一百多年的發(fā)展歷史。由于生物工程技術(shù)突破性的發(fā)展，酒精工業(yè)將有一個更大的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。

培養(yǎng)大學(xué)生具有一定的技術(shù)思想和具體工藝的技術(shù)能力同等重要，傳統(tǒng)教學(xué)比較側(cè)重基礎(chǔ)理論，與具體的技術(shù)思想和技術(shù)能力尚有較大的距離，不易增強學(xué)生投身具體產(chǎn)業(yè)的積極性，不利于激發(fā)大學(xué)生立志創(chuàng)業(yè)。為適應(yīng)高素質(zhì)、高水平的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，改變教學(xué)中重理論輕實踐、重知識輕素質(zhì)的傳統(tǒng)模式，就必須建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系。

案例教學(xué)是指教育者本著理論與實際有機(jī)整合的宗旨，遵循教學(xué)目的要求，以案例為基本素材，將學(xué)習(xí)者引入一個特定的真實工藝中，通過師生之間的雙向互動，促使學(xué)生充分理解問題的復(fù)雜性、變化性、多樣性等屬性的重要教學(xué)形式。應(yīng)用案例教學(xué)會使學(xué)生運用所學(xué)到基本理論知識和分析方法更好地聯(lián)系實際，增強獨立分析解決問題的能力。本文將對黑龍江大學(xué)現(xiàn)代酒精工藝學(xué)課程教學(xué)過程中的案例式教學(xué)進(jìn)行探討。

一、薄板換熱器應(yīng)用的案例式教學(xué)

酒精生產(chǎn)過程中使用換熱器的工序較多，如液化、糖化工序中的液化醪冷卻、糖化醪冷卻，發(fā)酵工序中的發(fā)酵醪液冷卻，蒸餾工序中發(fā)酵醪液的預(yù)熱，酒精蒸氣的冷卻，DDGS生產(chǎn)過程中蒸發(fā)酒糟離心液的二次蒸氣冷凝等都需要使用換熱設(shè)備。但就其使用的換熱器而言，過去的蛇管冷卻器、噴淋冷卻器、列管式冷卻器現(xiàn)在基本不多見，近年發(fā)展起來的薄板換熱器越來越受青睞。

板式換熱器是以波紋板為傳熱介質(zhì)的新型高效換熱器，因其具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、不易結(jié)垢、可拆卸清洗、熱損失極小、可利用低溫?zé)嵩吹葍?yōu)點而被廣泛用于輕工、食品、化工、制藥、動力機(jī)械等部門。對于薄板換熱器的教學(xué)以原黑龍江華潤酒精有限公司的糖化醪工序使用螺旋板換熱器在實際運行中的情況為例進(jìn)行案例式教學(xué)。針對實際生產(chǎn)中該發(fā)酵系統(tǒng)出現(xiàn)的換熱器物料出口溫度偏高且進(jìn)料不均，—直影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，結(jié)合當(dāng)時企業(yè)的工藝改造進(jìn)行課堂討論，薄板換熱器改造如圖1、圖2所示。

該工藝為180 m2的可拆式螺旋式換熱器，進(jìn)出口管徑均為200 mm，所使用的糖化醪泵的最大流量為120 m3／h，因此糖化醪在換熱器內(nèi)的流速只有1.062 m／s，螺旋板換熱器的理想流速為（1—2）m／s。由于兩臺換熱器分料不均，其中必然有一臺流速低于換熱器內(nèi)物料的最小流速，而使換熱效率大大下降；另一臺也達(dá)不到預(yù)期的效率。因此將A線兩臺螺旋板換熱器的物料管路由并聯(lián)改為了串聯(lián)，效果明顯。通過對實際工藝改造的討論，學(xué)生進(jìn)一步理解了換熱器和糖化醪泵的匹配在實際生產(chǎn)中的重要性，特別是換熱器連接的差異在實踐中的重要性。

圖1A線糖化醪用螺旋板換熱器并聯(lián)示意圖

二、酵母連續(xù)培養(yǎng)的案例式教學(xué)

酵母連續(xù)培養(yǎng)是按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行。它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件。酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時添加酵母種液。酵母糖化醪沿酵母擴(kuò)培罐或罐組流動，酵母不斷增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時送往發(fā)酵罐。

對于酵母連續(xù)培養(yǎng)工藝，流程式的文字教學(xué)不利于學(xué)生理解連續(xù)培養(yǎng)的本質(zhì)，教學(xué)中結(jié)合俄羅斯酒精廠的酵母順流式連續(xù)培養(yǎng)流程進(jìn)行教學(xué)如圖3所示，糖化醪進(jìn)入貯罐，在其中55℃保溫，繼續(xù)糖化45—60min，用泵經(jīng)換熱器加熱醪液至75—78℃并送入混合罐。在混合罐中保持20—30min，進(jìn)行巴斯德滅菌，然后醪液被送入氣液分離器，在這里產(chǎn)生的二次蒸氣被噴嘴吸走，并與蒸汽混合后用于換熱器的熱源。消毒后的糖化醪用泵經(jīng)換熱器冷卻至28—30℃，送往三個酵母增殖罐。然后再向三個酵母罐連續(xù)流加糖化醪。二級酵母罐接受來自一級酵母罐的酵母種液，同時流加30℃的糖化醪。學(xué)生主要針對三級不同酵母種子罐的連接、設(shè)計大小、培養(yǎng)液流速以及工藝過程進(jìn)行討論。

通過此案例教學(xué)，學(xué)生很好地掌握了酵母連續(xù)培養(yǎng)的基本工藝：按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行，它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件，酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時添加酵母種液，酵母糖化醪沿酵母擴(kuò)培罐或罐組流動，酵母不斷增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時送往發(fā)酵罐。

圖3酒精廠酵母順流式連續(xù)培養(yǎng)流程

三、酒精連續(xù)發(fā)酵的案例式教學(xué)

連續(xù)發(fā)酵過程的實現(xiàn)是生物化學(xué)工程等多學(xué)科發(fā)展與結(jié)合的結(jié)果，連續(xù)發(fā)酵的設(shè)備運行穩(wěn)定并提高其利用率。采用連續(xù)發(fā)酵法生產(chǎn)酒精，使設(shè)備始終處于發(fā)酵運行狀態(tài)，通常需要20天對罐進(jìn)行一次清洗、滅菌，極大地減少了發(fā)酵輔助時間，同時，連續(xù)發(fā)酵時，醪液進(jìn)入發(fā)酵罐即進(jìn)入主發(fā)酵期，可提高設(shè)備利用率20%以上。

對于酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，教學(xué)中結(jié)合哈爾濱釀酒總廠五罐連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)流程進(jìn)行講解。如圖4所示，把培養(yǎng)好的成熟酵母由酵母罐送入預(yù)發(fā)酵罐后，以5m3/h的流速將糖化醪液連續(xù)輸入預(yù)發(fā)酵罐，至預(yù)發(fā)酵罐裝滿。待發(fā)酵罐中糖度達(dá)到8.0—9.0 BX，溫度達(dá)到32—33℃時，以5m3/h的速度輸入1號發(fā)酵罐，仍往預(yù)發(fā)酵罐以5 m3/h的流速輸送糖化醪，同時向1號發(fā)酵罐以25m3/h的流速送入糖化醪。1號 罐滿后，以30m3/h的速度輸入2號罐，2號罐滿后再以同樣的速度輸入3號、4號和5號發(fā)酵罐。當(dāng)5號發(fā)酵罐中的成熟發(fā)酵醪液量達(dá)到60%—70%后按同樣的速度送入蒸餾塔進(jìn)行蒸餾。在發(fā)酵進(jìn)程中，1號發(fā)酵罐內(nèi)的溫度控制在33—34℃；2號、3號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在36—38℃；4號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在33—34℃；5號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在32—34℃。發(fā)酵罐中糖的消耗速度非?？?，當(dāng)3號發(fā)酵罐的外觀糖已耗至零，5號發(fā)酵罐的外觀糖為負(fù)值，發(fā)酵醪外觀糖不再下降，酒精含量不再增加時為發(fā)酵成熟醪，可以輸送至蒸餾塔中進(jìn)行酒精蒸餾。發(fā)酵總時間為60—65h。

通過此案例教學(xué)，學(xué)生對連續(xù)發(fā)酵的真正含義以及連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點有了新的認(rèn)識：多個發(fā)酵罐在同一水平的基礎(chǔ)上，罐之間的發(fā)酵醪液靠泵輸送，罐之間醪液不僅可按順序輸送，每個罐還設(shè)計了自體循環(huán)，在自體循環(huán)中通過螺旋板換熱器降溫，這種順序連接發(fā)酵罐方式，在實際運行中發(fā)酵效果很好，是徹底取代間歇發(fā)酵工藝的設(shè)備基礎(chǔ)。

圖4水平連接發(fā)酵系統(tǒng)

四、多塔差壓蒸餾的案例式教學(xué)

對于差壓蒸餾系統(tǒng)，教學(xué)中結(jié)合安徽特酒廠多塔差壓蒸餾機(jī)組進(jìn)行講解。如圖5所示，對于差壓蒸餾的節(jié)能性、氣相過塔和液相過塔的優(yōu)缺點、塔形的選擇、塔的規(guī)范尺寸、CO2分離器的大小、差壓蒸餾與常壓蒸餾的優(yōu)缺點以及整個工藝過程進(jìn)行探討。通過此案例教學(xué)，學(xué)生對于多塔的含義、差壓酒精蒸餾的意義、多塔蒸餾的工藝有了深刻的理解。

圖5安徽特酒公司六塔差壓蒸餾系統(tǒng)

石油資源日益枯竭不可避免，酒精作為可再生能源具有其他能源不可比擬的優(yōu)勢，酒精行業(yè)在未來將有更大的發(fā)展。為適應(yīng)酒精行業(yè)對應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的需求，就必須改變酒精工藝學(xué)教學(xué)中重理論輕實踐、重知識輕素質(zhì)的傳統(tǒng)模式，建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系，結(jié)合現(xiàn)代酒精行業(yè)的最新工藝進(jìn)行案例式教學(xué)無疑是培養(yǎng)應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的捷徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈樹彪，李盛賢，吳國峰等.新編酒精工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：8.

[2]章克昌.酒精與蒸餾酒工藝學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1995：1.

[3]劉羅華，湯瓊.工科院校大學(xué)數(shù)學(xué)的案例式教學(xué)探討[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，(2).

收稿日期：2013-10-05

作者簡介：趙輝（1971—），男，黑龍江肇東人，黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，工學(xué)博士，生物工程省級重點專業(yè)負(fù)責(zé)人，主要從事發(fā)酵工程研究。

基金項目：2011年黑龍江省高等教育教學(xué)改革工程項目（7971）；2011年黑龍江大學(xué)高等教育教學(xué)改革工程項目“高校發(fā)酵工程類課群教學(xué)改革的研究與實踐”（2011B026）；2011年黑龍江省高等教育學(xué)會課題“高校生物工程專業(yè)工程類課程教學(xué)改革的研究與實踐”（HGJXHB1110492）

摘要：酒精廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，為適應(yīng)酒精行業(yè)對應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的需求，必須建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系。本文以現(xiàn)代酒精行業(yè)的最新工藝為例，對酒精工藝學(xué)課程案例式教學(xué)進(jìn)行了初步的研究和探索。

關(guān)鍵詞：高校； 酒精工藝學(xué) ； 案例式教學(xué)

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1002-4107（2014）05-0007-02

酒精工業(yè)是我國改革開放以后有重大發(fā)展的一個產(chǎn)業(yè)，因為我國以可再生資源為原料的酒精開始進(jìn)入新能源——燃料乙醇時代，這不僅可以充分利用可再生資源，還很好地解決了汽車尾氣的環(huán)保問題。酒精工藝學(xué)是生物工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，其工藝有一百多年的發(fā)展歷史。由于生物工程技術(shù)突破性的發(fā)展，酒精工業(yè)將有一個更大的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。

培養(yǎng)大學(xué)生具有一定的技術(shù)思想和具體工藝的技術(shù)能力同等重要，傳統(tǒng)教學(xué)比較側(cè)重基礎(chǔ)理論，與具體的技術(shù)思想和技術(shù)能力尚有較大的距離，不易增強學(xué)生投身具體產(chǎn)業(yè)的積極性，不利于激發(fā)大學(xué)生立志創(chuàng)業(yè)。為適應(yīng)高素質(zhì)、高水平的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，改變教學(xué)中重理論輕實踐、重知識輕素質(zhì)的傳統(tǒng)模式，就必須建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系。

案例教學(xué)是指教育者本著理論與實際有機(jī)整合的宗旨，遵循教學(xué)目的要求，以案例為基本素材，將學(xué)習(xí)者引入一個特定的真實工藝中，通過師生之間的雙向互動，促使學(xué)生充分理解問題的復(fù)雜性、變化性、多樣性等屬性的重要教學(xué)形式。應(yīng)用案例教學(xué)會使學(xué)生運用所學(xué)到基本理論知識和分析方法更好地聯(lián)系實際，增強獨立分析解決問題的能力。本文將對黑龍江大學(xué)現(xiàn)代酒精工藝學(xué)課程教學(xué)過程中的案例式教學(xué)進(jìn)行探討。

一、薄板換熱器應(yīng)用的案例式教學(xué)

酒精生產(chǎn)過程中使用換熱器的工序較多，如液化、糖化工序中的液化醪冷卻、糖化醪冷卻，發(fā)酵工序中的發(fā)酵醪液冷卻，蒸餾工序中發(fā)酵醪液的預(yù)熱，酒精蒸氣的冷卻，DDGS生產(chǎn)過程中蒸發(fā)酒糟離心液的二次蒸氣冷凝等都需要使用換熱設(shè)備。但就其使用的換熱器而言，過去的蛇管冷卻器、噴淋冷卻器、列管式冷卻器現(xiàn)在基本不多見，近年發(fā)展起來的薄板換熱器越來越受青睞。

板式換熱器是以波紋板為傳熱介質(zhì)的新型高效換熱器，因其具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、不易結(jié)垢、可拆卸清洗、熱損失極小、可利用低溫?zé)嵩吹葍?yōu)點而被廣泛用于輕工、食品、化工、制藥、動力機(jī)械等部門。對于薄板換熱器的教學(xué)以原黑龍江華潤酒精有限公司的糖化醪工序使用螺旋板換熱器在實際運行中的情況為例進(jìn)行案例式教學(xué)。針對實際生產(chǎn)中該發(fā)酵系統(tǒng)出現(xiàn)的換熱器物料出口溫度偏高且進(jìn)料不均，—直影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，結(jié)合當(dāng)時企業(yè)的工藝改造進(jìn)行課堂討論，薄板換熱器改造如圖1、圖2所示。

該工藝為180 m2的可拆式螺旋式換熱器，進(jìn)出口管徑均為200 mm，所使用的糖化醪泵的最大流量為120 m3／h，因此糖化醪在換熱器內(nèi)的流速只有1.062 m／s，螺旋板換熱器的理想流速為（1—2）m／s。由于兩臺換熱器分料不均，其中必然有一臺流速低于換熱器內(nèi)物料的最小流速，而使換熱效率大大下降；另一臺也達(dá)不到預(yù)期的效率。因此將A線兩臺螺旋板換熱器的物料管路由并聯(lián)改為了串聯(lián)，效果明顯。通過對實際工藝改造的討論，學(xué)生進(jìn)一步理解了換熱器和糖化醪泵的匹配在實際生產(chǎn)中的重要性，特別是換熱器連接的差異在實踐中的重要性。

圖1A線糖化醪用螺旋板換熱器并聯(lián)示意圖

二、酵母連續(xù)培養(yǎng)的案例式教學(xué)

酵母連續(xù)培養(yǎng)是按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行。它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件。酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時添加酵母種液。酵母糖化醪沿酵母擴(kuò)培罐或罐組流動，酵母不斷增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時送往發(fā)酵罐。

對于酵母連續(xù)培養(yǎng)工藝，流程式的文字教學(xué)不利于學(xué)生理解連續(xù)培養(yǎng)的本質(zhì)，教學(xué)中結(jié)合俄羅斯酒精廠的酵母順流式連續(xù)培養(yǎng)流程進(jìn)行教學(xué)如圖3所示，糖化醪進(jìn)入貯罐，在其中55℃保溫，繼續(xù)糖化45—60min，用泵經(jīng)換熱器加熱醪液至75—78℃并送入混合罐。在混合罐中保持20—30min，進(jìn)行巴斯德滅菌，然后醪液被送入氣液分離器，在這里產(chǎn)生的二次蒸氣被噴嘴吸走，并與蒸汽混合后用于換熱器的熱源。消毒后的糖化醪用泵經(jīng)換熱器冷卻至28—30℃，送往三個酵母增殖罐。然后再向三個酵母罐連續(xù)流加糖化醪。二級酵母罐接受來自一級酵母罐的酵母種液，同時流加30℃的糖化醪。學(xué)生主要針對三級不同酵母種子罐的連接、設(shè)計大小、培養(yǎng)液流速以及工藝過程進(jìn)行討論。

通過此案例教學(xué)，學(xué)生很好地掌握了酵母連續(xù)培養(yǎng)的基本工藝：按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行，它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件，酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時添加酵母種液，酵母糖化醪沿酵母擴(kuò)培罐或罐組流動，酵母不斷增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時送往發(fā)酵罐。

圖3酒精廠酵母順流式連續(xù)培養(yǎng)流程

三、酒精連續(xù)發(fā)酵的案例式教學(xué)

連續(xù)發(fā)酵過程的實現(xiàn)是生物化學(xué)工程等多學(xué)科發(fā)展與結(jié)合的結(jié)果，連續(xù)發(fā)酵的設(shè)備運行穩(wěn)定并提高其利用率。采用連續(xù)發(fā)酵法生產(chǎn)酒精，使設(shè)備始終處于發(fā)酵運行狀態(tài)，通常需要20天對罐進(jìn)行一次清洗、滅菌，極大地減少了發(fā)酵輔助時間，同時，連續(xù)發(fā)酵時，醪液進(jìn)入發(fā)酵罐即進(jìn)入主發(fā)酵期，可提高設(shè)備利用率20%以上。

對于酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，教學(xué)中結(jié)合哈爾濱釀酒總廠五罐連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)流程進(jìn)行講解。如圖4所示，把培養(yǎng)好的成熟酵母由酵母罐送入預(yù)發(fā)酵罐后，以5m3/h的流速將糖化醪液連續(xù)輸入預(yù)發(fā)酵罐，至預(yù)發(fā)酵罐裝滿。待發(fā)酵罐中糖度達(dá)到8.0—9.0 BX，溫度達(dá)到32—33℃時，以5m3/h的速度輸入1號發(fā)酵罐，仍往預(yù)發(fā)酵罐以5 m3/h的流速輸送糖化醪，同時向1號發(fā)酵罐以25m3/h的流速送入糖化醪。1號 罐滿后，以30m3/h的速度輸入2號罐，2號罐滿后再以同樣的速度輸入3號、4號和5號發(fā)酵罐。當(dāng)5號發(fā)酵罐中的成熟發(fā)酵醪液量達(dá)到60%—70%后按同樣的速度送入蒸餾塔進(jìn)行蒸餾。在發(fā)酵進(jìn)程中，1號發(fā)酵罐內(nèi)的溫度控制在33—34℃；2號、3號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在36—38℃；4號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在33—34℃；5號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在32—34℃。發(fā)酵罐中糖的消耗速度非?？欤?dāng)3號發(fā)酵罐的外觀糖已耗至零，5號發(fā)酵罐的外觀糖為負(fù)值，發(fā)酵醪外觀糖不再下降，酒精含量不再增加時為發(fā)酵成熟醪，可以輸送至蒸餾塔中進(jìn)行酒精蒸餾。發(fā)酵總時間為60—65h。

通過此案例教學(xué)，學(xué)生對連續(xù)發(fā)酵的真正含義以及連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點有了新的認(rèn)識：多個發(fā)酵罐在同一水平的基礎(chǔ)上，罐之間的發(fā)酵醪液靠泵輸送，罐之間醪液不僅可按順序輸送，每個罐還設(shè)計了自體循環(huán)，在自體循環(huán)中通過螺旋板換熱器降溫，這種順序連接發(fā)酵罐方式，在實際運行中發(fā)酵效果很好，是徹底取代間歇發(fā)酵工藝的設(shè)備基礎(chǔ)。

圖4水平連接發(fā)酵系統(tǒng)

四、多塔差壓蒸餾的案例式教學(xué)

對于差壓蒸餾系統(tǒng)，教學(xué)中結(jié)合安徽特酒廠多塔差壓蒸餾機(jī)組進(jìn)行講解。如圖5所示，對于差壓蒸餾的節(jié)能性、氣相過塔和液相過塔的優(yōu)缺點、塔形的選擇、塔的規(guī)范尺寸、CO2分離器的大小、差壓蒸餾與常壓蒸餾的優(yōu)缺點以及整個工藝過程進(jìn)行探討。通過此案例教學(xué)，學(xué)生對于多塔的含義、差壓酒精蒸餾的意義、多塔蒸餾的工藝有了深刻的理解。

圖5安徽特酒公司六塔差壓蒸餾系統(tǒng)

石油資源日益枯竭不可避免，酒精作為可再生能源具有其他能源不可比擬的優(yōu)勢，酒精行業(yè)在未來將有更大的發(fā)展。為適應(yīng)酒精行業(yè)對應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的需求，就必須改變酒精工藝學(xué)教學(xué)中重理論輕實踐、重知識輕素質(zhì)的傳統(tǒng)模式，建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系，結(jié)合現(xiàn)代酒精行業(yè)的最新工藝進(jìn)行案例式教學(xué)無疑是培養(yǎng)應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的捷徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈樹彪，李盛賢，吳國峰等.新編酒精工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：8.

[2]章克昌.酒精與蒸餾酒工藝學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1995：1.

[3]劉羅華，湯瓊.工科院校大學(xué)數(shù)學(xué)的案例式教學(xué)探討[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，(2).

收稿日期：2013-10-05

作者簡介：趙輝（1971—），男，黑龍江肇東人，黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，工學(xué)博士，生物工程省級重點專業(yè)負(fù)責(zé)人，主要從事發(fā)酵工程研究。

基金項目：2011年黑龍江省高等教育教學(xué)改革工程項目（7971）；2011年黑龍江大學(xué)高等教育教學(xué)改革工程項目“高校發(fā)酵工程類課群教學(xué)改革的研究與實踐”（2011B026）；2011年黑龍江省高等教育學(xué)會課題“高校生物工程專業(yè)工程類課程教學(xué)改革的研究與實踐”（HGJXHB1110492）

摘要：酒精廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，為適應(yīng)酒精行業(yè)對應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的需求，必須建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系。本文以現(xiàn)代酒精行業(yè)的最新工藝為例，對酒精工藝學(xué)課程案例式教學(xué)進(jìn)行了初步的研究和探索。

關(guān)鍵詞：高校； 酒精工藝學(xué) ； 案例式教學(xué)

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1002-4107（2014）05-0007-02

酒精工業(yè)是我國改革開放以后有重大發(fā)展的一個產(chǎn)業(yè)，因為我國以可再生資源為原料的酒精開始進(jìn)入新能源——燃料乙醇時代，這不僅可以充分利用可再生資源，還很好地解決了汽車尾氣的環(huán)保問題。酒精工藝學(xué)是生物工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，其工藝有一百多年的發(fā)展歷史。由于生物工程技術(shù)突破性的發(fā)展，酒精工業(yè)將有一個更大的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。

培養(yǎng)大學(xué)生具有一定的技術(shù)思想和具體工藝的技術(shù)能力同等重要，傳統(tǒng)教學(xué)比較側(cè)重基礎(chǔ)理論，與具體的技術(shù)思想和技術(shù)能力尚有較大的距離，不易增強學(xué)生投身具體產(chǎn)業(yè)的積極性，不利于激發(fā)大學(xué)生立志創(chuàng)業(yè)。為適應(yīng)高素質(zhì)、高水平的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，改變教學(xué)中重理論輕實踐、重知識輕素質(zhì)的傳統(tǒng)模式，就必須建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系。

案例教學(xué)是指教育者本著理論與實際有機(jī)整合的宗旨，遵循教學(xué)目的要求，以案例為基本素材，將學(xué)習(xí)者引入一個特定的真實工藝中，通過師生之間的雙向互動，促使學(xué)生充分理解問題的復(fù)雜性、變化性、多樣性等屬性的重要教學(xué)形式。應(yīng)用案例教學(xué)會使學(xué)生運用所學(xué)到基本理論知識和分析方法更好地聯(lián)系實際，增強獨立分析解決問題的能力。本文將對黑龍江大學(xué)現(xiàn)代酒精工藝學(xué)課程教學(xué)過程中的案例式教學(xué)進(jìn)行探討。

一、薄板換熱器應(yīng)用的案例式教學(xué)

酒精生產(chǎn)過程中使用換熱器的工序較多，如液化、糖化工序中的液化醪冷卻、糖化醪冷卻，發(fā)酵工序中的發(fā)酵醪液冷卻，蒸餾工序中發(fā)酵醪液的預(yù)熱，酒精蒸氣的冷卻，DDGS生產(chǎn)過程中蒸發(fā)酒糟離心液的二次蒸氣冷凝等都需要使用換熱設(shè)備。但就其使用的換熱器而言，過去的蛇管冷卻器、噴淋冷卻器、列管式冷卻器現(xiàn)在基本不多見，近年發(fā)展起來的薄板換熱器越來越受青睞。

板式換熱器是以波紋板為傳熱介質(zhì)的新型高效換熱器，因其具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、不易結(jié)垢、可拆卸清洗、熱損失極小、可利用低溫?zé)嵩吹葍?yōu)點而被廣泛用于輕工、食品、化工、制藥、動力機(jī)械等部門。對于薄板換熱器的教學(xué)以原黑龍江華潤酒精有限公司的糖化醪工序使用螺旋板換熱器在實際運行中的情況為例進(jìn)行案例式教學(xué)。針對實際生產(chǎn)中該發(fā)酵系統(tǒng)出現(xiàn)的換熱器物料出口溫度偏高且進(jìn)料不均，—直影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，結(jié)合當(dāng)時企業(yè)的工藝改造進(jìn)行課堂討論，薄板換熱器改造如圖1、圖2所示。

該工藝為180 m2的可拆式螺旋式換熱器，進(jìn)出口管徑均為200 mm，所使用的糖化醪泵的最大流量為120 m3／h，因此糖化醪在換熱器內(nèi)的流速只有1.062 m／s，螺旋板換熱器的理想流速為（1—2）m／s。由于兩臺換熱器分料不均，其中必然有一臺流速低于換熱器內(nèi)物料的最小流速，而使換熱效率大大下降；另一臺也達(dá)不到預(yù)期的效率。因此將A線兩臺螺旋板換熱器的物料管路由并聯(lián)改為了串聯(lián)，效果明顯。通過對實際工藝改造的討論，學(xué)生進(jìn)一步理解了換熱器和糖化醪泵的匹配在實際生產(chǎn)中的重要性，特別是換熱器連接的差異在實踐中的重要性。

圖1A線糖化醪用螺旋板換熱器并聯(lián)示意圖

二、酵母連續(xù)培養(yǎng)的案例式教學(xué)

酵母連續(xù)培養(yǎng)是按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行。它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件。酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時添加酵母種液。酵母糖化醪沿酵母擴(kuò)培罐或罐組流動，酵母不斷增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時送往發(fā)酵罐。

對于酵母連續(xù)培養(yǎng)工藝，流程式的文字教學(xué)不利于學(xué)生理解連續(xù)培養(yǎng)的本質(zhì)，教學(xué)中結(jié)合俄羅斯酒精廠的酵母順流式連續(xù)培養(yǎng)流程進(jìn)行教學(xué)如圖3所示，糖化醪進(jìn)入貯罐，在其中55℃保溫，繼續(xù)糖化45—60min，用泵經(jīng)換熱器加熱醪液至75—78℃并送入混合罐。在混合罐中保持20—30min，進(jìn)行巴斯德滅菌，然后醪液被送入氣液分離器，在這里產(chǎn)生的二次蒸氣被噴嘴吸走，并與蒸汽混合后用于換熱器的熱源。消毒后的糖化醪用泵經(jīng)換熱器冷卻至28—30℃，送往三個酵母增殖罐。然后再向三個酵母罐連續(xù)流加糖化醪。二級酵母罐接受來自一級酵母罐的酵母種液，同時流加30℃的糖化醪。學(xué)生主要針對三級不同酵母種子罐的連接、設(shè)計大小、培養(yǎng)液流速以及工藝過程進(jìn)行討論。

通過此案例教學(xué)，學(xué)生很好地掌握了酵母連續(xù)培養(yǎng)的基本工藝：按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行，它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件，酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時添加酵母種液，酵母糖化醪沿酵母擴(kuò)培罐或罐組流動，酵母不斷增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時送往發(fā)酵罐。

圖3酒精廠酵母順流式連續(xù)培養(yǎng)流程

三、酒精連續(xù)發(fā)酵的案例式教學(xué)

連續(xù)發(fā)酵過程的實現(xiàn)是生物化學(xué)工程等多學(xué)科發(fā)展與結(jié)合的結(jié)果，連續(xù)發(fā)酵的設(shè)備運行穩(wěn)定并提高其利用率。采用連續(xù)發(fā)酵法生產(chǎn)酒精，使設(shè)備始終處于發(fā)酵運行狀態(tài)，通常需要20天對罐進(jìn)行一次清洗、滅菌，極大地減少了發(fā)酵輔助時間，同時，連續(xù)發(fā)酵時，醪液進(jìn)入發(fā)酵罐即進(jìn)入主發(fā)酵期，可提高設(shè)備利用率20%以上。

對于酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，教學(xué)中結(jié)合哈爾濱釀酒總廠五罐連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)流程進(jìn)行講解。如圖4所示，把培養(yǎng)好的成熟酵母由酵母罐送入預(yù)發(fā)酵罐后，以5m3/h的流速將糖化醪液連續(xù)輸入預(yù)發(fā)酵罐，至預(yù)發(fā)酵罐裝滿。待發(fā)酵罐中糖度達(dá)到8.0—9.0 BX，溫度達(dá)到32—33℃時，以5m3/h的速度輸入1號發(fā)酵罐，仍往預(yù)發(fā)酵罐以5 m3/h的流速輸送糖化醪，同時向1號發(fā)酵罐以25m3/h的流速送入糖化醪。1號 罐滿后，以30m3/h的速度輸入2號罐，2號罐滿后再以同樣的速度輸入3號、4號和5號發(fā)酵罐。當(dāng)5號發(fā)酵罐中的成熟發(fā)酵醪液量達(dá)到60%—70%后按同樣的速度送入蒸餾塔進(jìn)行蒸餾。在發(fā)酵進(jìn)程中，1號發(fā)酵罐內(nèi)的溫度控制在33—34℃；2號、3號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在36—38℃；4號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在33—34℃；5號發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在32—34℃。發(fā)酵罐中糖的消耗速度非?？?，當(dāng)3號發(fā)酵罐的外觀糖已耗至零，5號發(fā)酵罐的外觀糖為負(fù)值，發(fā)酵醪外觀糖不再下降，酒精含量不再增加時為發(fā)酵成熟醪，可以輸送至蒸餾塔中進(jìn)行酒精蒸餾。發(fā)酵總時間為60—65h。

通過此案例教學(xué)，學(xué)生對連續(xù)發(fā)酵的真正含義以及連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點有了新的認(rèn)識：多個發(fā)酵罐在同一水平的基礎(chǔ)上，罐之間的發(fā)酵醪液靠泵輸送，罐之間醪液不僅可按順序輸送，每個罐還設(shè)計了自體循環(huán)，在自體循環(huán)中通過螺旋板換熱器降溫，這種順序連接發(fā)酵罐方式，在實際運行中發(fā)酵效果很好，是徹底取代間歇發(fā)酵工藝的設(shè)備基礎(chǔ)。

圖4水平連接發(fā)酵系統(tǒng)

四、多塔差壓蒸餾的案例式教學(xué)

對于差壓蒸餾系統(tǒng)，教學(xué)中結(jié)合安徽特酒廠多塔差壓蒸餾機(jī)組進(jìn)行講解。如圖5所示，對于差壓蒸餾的節(jié)能性、氣相過塔和液相過塔的優(yōu)缺點、塔形的選擇、塔的規(guī)范尺寸、CO2分離器的大小、差壓蒸餾與常壓蒸餾的優(yōu)缺點以及整個工藝過程進(jìn)行探討。通過此案例教學(xué)，學(xué)生對于多塔的含義、差壓酒精蒸餾的意義、多塔蒸餾的工藝有了深刻的理解。

圖5安徽特酒公司六塔差壓蒸餾系統(tǒng)

石油資源日益枯竭不可避免，酒精作為可再生能源具有其他能源不可比擬的優(yōu)勢，酒精行業(yè)在未來將有更大的發(fā)展。為適應(yīng)酒精行業(yè)對應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的需求，就必須改變酒精工藝學(xué)教學(xué)中重理論輕實踐、重知識輕素質(zhì)的傳統(tǒng)模式，建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系，結(jié)合現(xiàn)代酒精行業(yè)的最新工藝進(jìn)行案例式教學(xué)無疑是培養(yǎng)應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的捷徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈樹彪，李盛賢，吳國峰等.新編酒精工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：8.

[2]章克昌.酒精與蒸餾酒工藝學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1995：1.

[3]劉羅華，湯瓊.工科院校大學(xué)數(shù)學(xué)的案例式教學(xué)探討[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，(2).

收稿日期：2013-10-05

作者簡介：趙輝（1971—），男，黑龍江肇東人，黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，工學(xué)博士，生物工程省級重點專業(yè)負(fù)責(zé)人，主要從事發(fā)酵工程研究。

基金項目：2011年黑龍江省高等教育教學(xué)改革工程項目（7971）；2011年黑龍江大學(xué)高等教育教學(xué)改革工程項目“高校發(fā)酵工程類課群教學(xué)改革的研究與實踐”（2011B026）；2011年黑龍江省高等教育學(xué)會課題“高校生物工程專業(yè)工程類課程教學(xué)改革的研究與實踐”（HGJXHB1110492）